EP3973255A1 - Method and apparatus for controlling/regulating a rotary drive of a work unit of a track laying machine - Google Patents

Method and apparatus for controlling/regulating a rotary drive of a work unit of a track laying machine

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EP3973255A1
EP3973255A1 EP20725094.5A EP20725094A EP3973255A1 EP 3973255 A1 EP3973255 A1 EP 3973255A1 EP 20725094 A EP20725094 A EP 20725094A EP 3973255 A1 EP3973255 A1 EP 3973255A1
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EP
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measured
function
values
frequency
drive
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Harald Daxberger
Reinhard BÖCK
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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    • E01B27/12Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling / regulating a rotary drive of a working unit of a track construction machine, whereby a measured variable derived from a rotation of the drive with an approximately periodic course function is detected by means of a sensor, with a frequency or period of the
  • Course function is determined and the frequency or period is compared with a setpoint for specifying a control signal.
  • the invention also relates to a device for performing the method.
  • a higher frequency (42-50 Hz) is specified when the tamping tines are immersed in a ballast bed.
  • the optimal frequency is 35 Hz.
  • a reduced idle frequency (approx. 28 Hz) is set at which the unit runs smoothly.
  • Phase stabilization known. The speeds of all vibration generators are synchronized while idling and a respective phase shift of the rotating drives is set in such a way that vibration overlap is minimized.
  • Rotary vibration drives are also used in other work units of track construction machines.
  • WO 2008/009314 A1 discloses a so-called track stabilizer in which
  • Stabilization units with rotating imbalances are made to vibrate.
  • Two synchronized stabilization units are operated with an adjustable oscillation frequency.
  • the invention is based on the object of providing a method of the above
  • a series of time-discrete measured values is formed for the measured variable and an autocorrelation of these measured values is carried out by means of a computer unit to determine the frequency or period duration. Compared to a conventional method with zero crossing detection, this means that even between two zero crossings there is an exact detection of
  • Function values of an autocorrelation function can be determined at any time with the recorded time-discrete measured values.
  • the result of a corresponding function calculation are function values over a time axis. On the time axis there is a time span between zero and a first occurring maximum is the period of the
  • a further measured variable derived from a rotation of a further drive and with an approximately periodic course function is recorded by means of a further sensor, a further series of time-discrete measured values being formed for the further measured variable and a cross-correlation of the Measured values of both measured quantities to determine a phase shift is carried out. Due to the cross-correlation that can be carried out at any time, a deviation of the specified phase shifts can be recognized immediately. This means that several rotary drives are precisely synchronized
  • a cycle time is advantageously specified for forming the time-discrete measured values, the cycle time determining an evaluation period. In this way an evaluation of the
  • Another improvement provides that with each new measured value an iterative calculation of function values of a correlation function takes place by adding a constant number of measured value products. This limits the computational effort and creates the possibility for further simplifications.
  • the position of the maximum of the correlation function can be determined more precisely. In this way, the frequency or period duration can be determined more precisely.
  • Correlation function can be filtered. For example, a
  • IIR bandpass filter 4th order Infinite Impulse Response Filter
  • a high pass eliminates a direct component of the signal, while a low pass attenuates and removes high-frequency interference in the signal.
  • IIR filters also have the advantage that, in contrast to other digital filter types (e.g. FIR filters), they have significantly fewer arithmetic operations. This property is of great use here because of the demands on the computing power of the
  • Computing unit remain limited.
  • the method is also improved in that interpolated function values are determined before a maximum of the correlation function is determined.
  • the interpolation is only sensibly interpolated in the area around the extreme values in order to be able to determine the position of the extreme values more precisely. The increased accuracy is thereby with little
  • an inductive distance sensor can be used without additional adjustments to the rotating parts.
  • a driven shaft is magnetized or a magnet is added to generate a rotating magnetic field.
  • the additional space required is also when a
  • Magnets low.
  • a suitable sensor near the shaft is used to record the field strength that changes during a shaft revolution.
  • the method described comprises a sensor for detecting a measured variable derived from a rotation of a drive with an approximately periodic profile function, an evaluation device for determining a frequency or a period duration of the profile function and an assembly for controlled control of the drive.
  • time-discrete measured values of the measured variable are fed to a computer unit, an algorithm being set up in the computer unit to carry out an autocorrelation of these measured values to determine the frequency or period duration. This means that an exact frequency determination can be carried out immediately with each newly recorded measured value.
  • a further sensor is arranged for detecting a further measured variable derived from a rotation of a further drive, the computer unit being supplied with time-discrete measured values of the further measured variable and an algorithm in the computer unit for performing a cross-correlation of the measured values of both measured variables is set up to determine a phase shift.
  • the computer unit is a microprocessor. Optimized algorithms and an efficient implementation of the signal processing path are used in order to adapt the computing power to the properties of the microprocessor, including the limited working memory.
  • Communication interface arranged in a first assembly, with a dedicated assembly for the drive, which includes power electronics, a controller unit and a communication interface with the first assembly is coupled.
  • the separate assemblies allow the device to be easily scaled. That way is the
  • Computer unit can be used for frequency or period duration determination of several drives.
  • the senor includes a sensitive element for capacitive, inductive or magnetic detection of the measured variable.
  • the sensor includes a sensitive element for capacitive, inductive or magnetic detection of the measured variable.
  • Fig. 1 track construction machine with tamping unit
  • Fig. 2 track construction machine with stabilization unit
  • the track construction machine 1 shown in FIG. 1 is a tamping machine and comprises a machine frame 3 that can be moved on rail bogies 2.
  • a tamping unit is arranged on the machine frame 3 as a working unit 4.
  • the tamping machine is used to process a track 5, on which rails 7 fastened to sleepers 6 are supported in a ballast bed 8 are.
  • the track grid formed from sleepers 6 and rails 7 is lifted into a desired position by means of a lifting / straightening unit 9 and a measuring system 10 and, if necessary, shifted laterally.
  • vibrating tamping tools 11 of the working unit 4 are immersed in the ballast bed 8.
  • the submerged tamping tools 11 are placed next to one another and in the process compact ballast below the raised sleepers 6.
  • the tamping tools 11 are equipped with a
  • Vibration generator 12 coupled.
  • the vibration generator 12 comprises a rotary drive 13 which drives an eccentric shaft 14. Additional drives 15 are mounted on the eccentric shaft 14.
  • track 5 is usually stabilized to
  • Each stabilization unit comprises one
  • Vibration generator 12 with rotating imbalances which are driven by means of a rotary drive 13.
  • Vibration generator 12 causes the stabilization unit to vibrate transversely to the longitudinal direction of the track. That clutches
  • Stabilization unit with roller tongs 16 the rails 7 of the track 5, whereby the vibration is transmitted to the track grid. This causes the track grid to vibrate into the ballast bed 8.
  • the vibration generated should correspond to various specifications.
  • a vibration frequency of 35 Hz is specified for optimal ballast compaction.
  • a higher frequency f of approximately 45 Hz is desired in order to lower the immersion resistance.
  • the working unit 4 comprises four tamping units 17, which can be lowered into the ballast bed 8 separately from one another by means of a height adjustment drive. There are 17 for each stuffing unit
  • Opposite tamping tools 11 are coupled to their own vibration generator 12 via auxiliary drives 15. About a common
  • Control device 18 the vibration generators 12 are controlled. In addition to the frequency f, phase shifts f among one another are specified for the vibrations generated. As a rule, an opposite synchronization of the tamping units is desired in order to achieve the
  • Machine frame 3 to minimize retroactive vibrations and noise generation.
  • a sensor 19 is arranged, which is coupled magnetically, inductively or capacitively to the vibration generator 12.
  • the distance sensor 19 shown in FIG. 5 comprises a sensitive element which measures a distance to an eccentric lateral surface of an eccentric shaft 14 via inductive coupling. This distance, which changes with the rotating eccentric shaft 14, is the measured variable X, the approximately periodic course of which is subsequently evaluated.
  • a magnetic component 20 is one
  • Vibration generator 12 is arranged, which is set in rotation by means of the rotary drive 13. This creates a rotating magnetic field that is detected by means of a stationary sensor 19. With this variant the field strength, which changes during one revolution, is recorded and evaluated as measured variable X.
  • FIG. 7 shows exemplary processing of the measured variable X (or Y for a further vibration generator 12).
  • the upper diagram shows a measured variable curve over time t. This is an approximately periodic course function, whereby as a result of external
  • Influences disturbances can occur.
  • measured values x or y, for a further oscillation generator 12
  • the time interval between the measured values x being specified by a cycle time.
  • a clocked interrogation of the sensor 19 takes place or an analog sensor signal is converted into a signal by means of an analog-digital converter
  • a second-order floch pass removes DC components and a second-order low pass attenuates high-frequency interference in the signal.
  • the measured value curve is interpolated in order to obtain an improved database for the formation of the autocorrelation function. For example, an additional value is interpolated between each recorded measured value x (3rd diagram in FIG. 7).
  • an evaluation of the frequency f or the period duration T is carried out by recalculating the autocorrelation function Calculation of a function value from the sum of the measured value products of the previous calculation, the measured value product with the oldest measured value is subtracted and a new measured value product is added to the current measured value:
  • Evaluation device 21 a computer unit 22 is arranged.
  • the computer unit 22 is supplied with the measured values x, from several vibration generators 12 of a controlled working unit 4.
  • Assembly 24 comprises computer unit 22, an analog-digital converter 25, a preprocessing unit 26 and communication interfaces 27. Measurement signals from sensors 19 are processed for computer unit 22 via preprocessing unit 26 and analog-digital converter 25. Specifically, time-discrete series of measured values are formed which represent the respective periodic measured value curve.
  • the computer unit 22 is coupled to a configuration and diagnostic unit 28 and a controller 29 for specifying general control commands.
  • a controller 29 for specifying general control commands.
  • each Vibration generator 12 is also provided with its own assembly 30, which is coupled to computer unit 22 via communication interfaces 27.
  • Each of these assemblies 30 includes a controller unit 31 and power electronics 32 for controlling the assigned drive 13.
  • Working unit 4 is an exemplary processing of the measurement signals or measurement values x, shown in FIG. 12.
  • Each vibration generator 12 is a sensor 19 for generating a periodic curve for the

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Abstract

The invention relates to a method for controlling/regulating a rotary drive (13) of a work unit (4) of a track laying machine (1), in which a measurement variable (X) with an approximately periodic history function derived from a rotation of the drive (13) is detected by means of a sensor (19), a frequency (f) or period duration (T) of the history function being determined by means of an evaluation unit (21) and the frequency (f) or period duration (T) being compared with a target variable for predetermining an actuation signal. In this case a series of time-discrete measurement values (xi) is formed for the measurement variable (X), an autocorrelation of these measurement values (xi) for determining the frequency (f) or period duration (T) being carried out by means of a computer unit (22). Thus, in contrast to a conventional method with zero crossing detection, an accurate detection of frequency changes is also possible between two zero crossings.

Description

Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern/Regeln eines rotatorischen Antriebs einesMethod and device for controlling / regulating a rotary drive of a
Arbeitsaggregates einer Gleisbaumaschine Working unit of a track construction machine
Gebiet der Technik Field of technology
[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines rotatorischen Antriebs eines Arbeitsaggregates einer Gleisbaumaschine, wobei mittels eines Sensors eine aus einer Rotation des Antriebs abgeleitete Messgröße mit einer annähernd periodischen Verlaufsfunktion erfasst wird, wobei mittels einer Auswerteeinrichtung eine Frequenz oder Periodendauer der The invention relates to a method for controlling / regulating a rotary drive of a working unit of a track construction machine, whereby a measured variable derived from a rotation of the drive with an approximately periodic course function is detected by means of a sensor, with a frequency or period of the
Verlaufsfunktion bestimmt wird und wobei die Frequenz oder Periodendauer mit einer Sollgröße zur Vorgabe eines Stellsignals abgeglichen wird. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Course function is determined and the frequency or period is compared with a setpoint for specifying a control signal. The invention also relates to a device for performing the method.
Stand der Technik State of the art
[02] Aus der Veröffentlichung Auer F. et al.: Fligh-Tech-Stopfaggregate für From the publication Auer F. et al .: Fligh-Tech tamping units for
nachhaltige Gleislageverbesserung, El-Eisenbahningenieur, November 2015, Seiten 18-22, ist ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines rotatorischen Antriebs eines Stopfaggregats bekannt. Angetrieben wird eine Exzenterwelle zur Erzeugung einer Vibration, die über Beistellantriebe auf Stopfpickel übertragen wird. sustainable track improvement, El-Eisenbahningenieur, November 2015, pages 18-22, a method for speed control of a rotary drive of a tamping unit is known. An eccentric shaft is driven to generate a vibration, which is transmitted to the tamping ax via auxiliary drives.
[03] Damit ist die Möglichkeit gegeben, während eines Stopfzyklus die [03] This gives the possibility to use the
Vibrationsfrequenz gezielt zu verändern. Eine höhere Frequenz (42-50 Hz) wird während eines Eintauchvorgangs der Stopfpickeln in ein Schotterbett vorgegeben. Während eines Bestellvorgangs der Stopfpickel liegt die optimale Frequenz bei 35 Hz. Im hochgehobenen Zustand wird eine verringerte Leerlauffrequenz (ca. 28 Hz) eingestellt, bei der das Aggregat am ruhigsten läuft. Change the vibration frequency in a targeted manner. A higher frequency (42-50 Hz) is specified when the tamping tines are immersed in a ballast bed. When ordering the tamping tines, the optimal frequency is 35 Hz. When raised, a reduced idle frequency (approx. 28 Hz) is set at which the unit runs smoothly.
[04] Bei einer Stopfmaschine mit Drehzahlregelung ist auch eine In a tamping machine with speed control, there is also one
Phasenstabilisierung bekannt. Dabei werden im Leerlauf die Drehzahlen aller Vibrationserzeuger synchronisiert und eine jeweilige Phasenverschiebung der rotierenden Antriebe wird so eingestellt, dass Vibrationsüberlagerungen minimiert werden. Phase stabilization known. The speeds of all vibration generators are synchronized while idling and a respective phase shift of the rotating drives is set in such a way that vibration overlap is minimized.
[05] Rotatorische Vibrationsantriebe kommen auch in anderen Arbeitsaggregaten von Gleisbaumaschinen zum Einsatz. Beispielsweise offenbart die WO 2008/009314 A1 einen sogenannten Gleisstabilisator, bei dem [05] Rotary vibration drives are also used in other work units of track construction machines. For example, WO 2008/009314 A1 discloses a so-called track stabilizer in which
Stabilisationsaggregate mit rotierenden Unwuchten in Schwingung versetzt werden. Dabei werden zwei synchronisierte Stabilisationsaggregate mit einer einstellbaren Schwingungsfrequenz betrieben. Stabilization units with rotating imbalances are made to vibrate. Two synchronized stabilization units are operated with an adjustable oscillation frequency.
[06] Aus Hauke R. et al.: Bettungsreinigungsmaschinen - ein Überblick, El- [06] From Hauke R. et al .: Ballast cleaning machines - an overview, El-
Spezial Gleisbaumaschinen und -geräte, Mai 2016, Seiten 30-35 sind zudem Bettungsreinigungsmaschinen mit diversen Siebanlagen bekannt. Dabei kommen ebenfalls rotatorische Antriebe mit einstellbarer Vibrationsfrequenz zum Einsatz. Special track construction machines and devices, May 2016, pages 30-35, ballast cleaning machines with various screening systems are also known. Rotary drives with adjustable vibration frequency are also used.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
[07] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs The invention is based on the object of providing a method of the above
genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine genaue Bestimmung der Frequenz oder Periodendauer mit einer raschen Änderungserfassung durchführbar ist. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine mentioned type to the effect that an exact determination of the frequency or period duration can be carried out with a rapid change detection. It is also an object of the invention to provide a
entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des verbesserten Verfahrens anzugeben. specify corresponding device for performing the improved method.
[08] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der Unabhängigen Ansprüche 1 und 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. [08] According to the invention, these objects are achieved by the features of the independent claims 1 and 11. Advantageous further developments of the invention emerge from the dependent claims.
[09] Dabei wird für die Messgröße eine Reihe zeitdiskreter Messwerte gebildet und mittels einer Rechnereinheit wird eine Autokorrelation dieser Messwerte zur Bestimmung der Frequenz oder Periodendauer durchgeführt. Gegenüber einer herkömmlichen Methode mit Nulldurchgangserfassung ist damit auch zwischen zwei Nulldurchgängen eine genaue Erfassung von [09] A series of time-discrete measured values is formed for the measured variable and an autocorrelation of these measured values is carried out by means of a computer unit to determine the frequency or period duration. Compared to a conventional method with zero crossing detection, this means that even between two zero crossings there is an exact detection of
Frequenzänderungen möglich. Mit den erfassten zeitdiskreten Messwerten sind jederzeit Funktionswerte einer Autokorrelationsfunktion bestimmbar. Ergebnis einer entsprechenden Funktionsberechnung sind Funktionswerte über einer Zeitachse. Auf der Zeitachse gibt eine Zeitspanne zwischen Null und einem ersten auftretenden Maximum die Periodendauer der Frequency changes possible. Function values of an autocorrelation function can be determined at any time with the recorded time-discrete measured values. The result of a corresponding function calculation are function values over a time axis. On the time axis there is a time span between zero and a first occurring maximum is the period of the
Verlaufsfunktion der Messgröße an. Damit ist mit jedem neu erfassten Messwert sofort eine Neubestimmung der Frequenz durchführbar. History function of the measured variable. This means that the frequency can be re-determined immediately with each newly recorded measured value.
[10] In einer Weiterbildung der Erfindung wird mittels eines weiteren Sensors eine aus einer Rotation eines weiteren Antriebs abgeleitete weitere Messgröße mit einer annähernd periodischen Verlaufsfunktion erfasst, wobei für die weitere Messgröße eine weitere Reihe zeitdiskreter Messwerte gebildet wird und wobei mittels der Rechnereinheit eine Kreuzkorrelation der Messwerte beider Messgrößen zur Bestimmung einer Phasenverschiebung durchgeführt wird. Durch die jederzeit durchführbare Kreuzkorrelation ist eine Abweichung vorgegebener Phasenverschiebungen sofort erkennbar. Damit ist eine genaue Synchronisation mehrerer rotatorischer Antriebe In a further development of the invention, a further measured variable derived from a rotation of a further drive and with an approximately periodic course function is recorded by means of a further sensor, a further series of time-discrete measured values being formed for the further measured variable and a cross-correlation of the Measured values of both measured quantities to determine a phase shift is carried out. Due to the cross-correlation that can be carried out at any time, a deviation of the specified phase shifts can be recognized immediately. This means that several rotary drives are precisely synchronized
(Phasenstabilisierung) sichergestellt. (Phase stabilization) ensured.
[11] Vorteilhafterweise wird zur Bildung der zeitdiskreten Messwerte eine Taktzeit vorgegeben, wobei die Taktzeit eine Auswerteperiode bestimmt. Auf diese Weise wird mit jedem neu erfassten Messwert eine Auswertung der [11] A cycle time is advantageously specified for forming the time-discrete measured values, the cycle time determining an evaluation period. In this way an evaluation of the
Frequenz oder Periodendauer und gegebenenfalls der Phasenverschiebung durchgeführt. Die Genauigkeit des Verfahrens steigt dabei mit abnehmender Taktzeit. Frequency or period and possibly the phase shift carried out. The accuracy of the process increases as the cycle time decreases.
[12] Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass mit jedem neuen Messwert eine iterative Berechnung von Funktionswerten einer Korrelationsfunktion durch Summenbildung einer gleichbleibenden Anzahl von Messwertprodukten erfolgt. Damit wird der Rechenaufwand begrenzt und die Möglichkeit für weitere Vereinfachungen geschaffen. [12] Another improvement provides that with each new measured value an iterative calculation of function values of a correlation function takes place by adding a constant number of measured value products. This limits the computational effort and creates the possibility for further simplifications.
[13] Dabei ist es insbesondere sinnvoll, für eine aktuelle Berechnung eines [13] It is particularly useful for a current calculation of a
Funktionswertes von der Summe der Messwertprodukte der Function value from the sum of the measured value products of the
vorangegangenen Berechnung das Messwertprodukt mit dem ältesten Messwert zu subtrahieren und ein neues Messwertprodukt mit dem aktuellen Messwert zu addiert. Auf diese Weise sind nur wenige Rechenoperationen notwendig, um die Funktionswerte der Korrelationsfunktion zu aktualisieren. Durch die geringen Anforderungen an die Rechenleistung sind die the previous calculation to subtract the measured value product with the oldest measured value and to add a new measured value product to the current measured value. In this way, only a few arithmetic operations are necessary to update the function values of the correlation function. Due to the low demands on computing power, the
Berechnungen mit einer kostengünstigen und platzsparenden Rechnereinheit nahezu in Echtzeit durchführbar. [14] Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass vor einer Berechnung von Calculations can be carried out almost in real time with an inexpensive and space-saving computer unit. [14] Another improvement provides that before calculating
Funktionswerten einer Korrelationsfunktion interpolierte Messwerte ermittelt werden. Durch Interpolation zusätzlicher Messwerte zwischen den Function values of a correlation function interpolated measured values are determined. By interpolating additional measured values between the
gegebenen Folgewerten ist die Lage des Maximums der Korrelationsfunktion genauer bestimmbar. Auf diese Weise ist die Bestimmung der Frequenz bzw. Periodendauer genauer durchführbar. given subsequent values, the position of the maximum of the correlation function can be determined more precisely. In this way, the frequency or period duration can be determined more precisely.
[15] Die Qualität der Frequenzbestimmung wird zudem erhöht, wenn die [15] The quality of the frequency determination is also increased if the
Messwerte vor einer Berechnung von Funktionswerten einer Measured values before a calculation of functional values of a
Korrelationsfunktion gefiltert werden. Beispielsweise erfolgt eine Correlation function can be filtered. For example, a
Messsignalaufbereitung mittels eines sogenannten Infinite Impulse Response Filters (IIR-Bandpassfilter 4. Ordnung). Dabei eliminiert ein Hochpass einen Gleichanteil des Signals, während ein Tiefpass hochfrequente Störungen im Signal dämpft und entfernt. IIR-Filter haben außerdem den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu anderen digitalen Filter-Typen (z.B. FIR-Filter) wesentlich weniger Rechenoperationen aufweisen. Diese Eigenschaft ist hier von großem Nutzen, weil die Anforderungen an die Rechenleistung der Measurement signal processing by means of a so-called Infinite Impulse Response Filter (IIR bandpass filter 4th order). A high pass eliminates a direct component of the signal, while a low pass attenuates and removes high-frequency interference in the signal. IIR filters also have the advantage that, in contrast to other digital filter types (e.g. FIR filters), they have significantly fewer arithmetic operations. This property is of great use here because of the demands on the computing power of the
Rechnereinheit begrenzt bleiben. Computing unit remain limited.
[16] Verbessert wird das Verfahren auch dadurch, dass vor einer Bestimmung eines Maximums der Korrelationsfunktion interpolierte Funktionswerte ermittelt werden. Sinnvollerweise wird die Interpolation nur im Bereich um die Extremwerte interpoliert, um die Lage der Extremwerte genauer bestimmen zu können. Die gesteigerte Genauigkeit ist dadurch mit geringem The method is also improved in that interpolated function values are determined before a maximum of the correlation function is determined. The interpolation is only sensibly interpolated in the area around the extreme values in order to be able to determine the position of the extreme values more precisely. The increased accuracy is thereby with little
Rechenaufwand erreichbar. Computational effort achievable.
[17] In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung wird als Messgröße ein [17] In an advantageous embodiment of the invention, a
Abstand eines sensitiven Elements des Sensors zu einer mit dem Antrieb angetriebenen Exzenterwelle erfasst. Aufgrund der Fehlertoleranz bei der Frequenzbestimmung mittels Korrelationsfunktion besteht dabei keine Distance between a sensitive element of the sensor and an eccentric shaft driven by the drive is detected. Because of the error tolerance when determining the frequency using the correlation function, there is no
Notwendigkeit einer präzisen Montage des Sensors oder eines Need for precise assembly of the sensor or one
Kalibriervorgangs. Falls der Antrieb eine Exzenterwelle aus Calibration process. If the drive has an eccentric shaft
ferromagnetischem Material antreibt, ist ein induktiver Abstandssensor ohne zusätzliche Anpassungen der rotierenden Teile nutzbar. ferromagnetic material, an inductive distance sensor can be used without additional adjustments to the rotating parts.
[18] Eine alternative Ausprägung sieht vor, dass als Messgröße eine auf den [18] An alternative variant provides that a measured variable based on the
Sensor wirkende Feldstärke eines mit dem Antrieb in Rotation versetzten Magnetfeldes erfasst wird. Dabei wird eine angetriebene Welle magnetisiert oder mit einem Magneten ergänzt, um ein drehendes Magnetfeld zu erzeugen. Der zusätzliche Platzbedarf ist auch bei Anbringung eines Sensor-acting field strength of one set in rotation with the drive Magnetic field is detected. A driven shaft is magnetized or a magnet is added to generate a rotating magnetic field. The additional space required is also when a
Magneten gering. Mittels eines geeigneten Sensors in der Nähe der Welle wird die sich während einer Wellenumdrehung ändernde Feldstärke erfasst. Magnets low. A suitable sensor near the shaft is used to record the field strength that changes during a shaft revolution.
[19] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines der The inventive device for performing one of the
beschriebenen Verfahren umfasst einen Sensor zur Erfassung einer aus einer Rotation eines Antriebs abgeleiteten Messgröße mit annähernd periodischer Verlaufsfunktion, eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung einer Frequenz oder einer Periodendauer der Verlaufsfunktion und eine Baugruppe zur geregelten Ansteuerung des Antriebs. Dabei sind einer Rechnereinheit zeitdiskrete Messwerte der Messgröße zugeführt, wobei in der Rechnereinheit ein Algorithmus zur Durchführung einer Autokorrelation dieser Messwerte zur Bestimmung der Frequenz oder Periodendauer eingerichtet ist. Damit ist mit jedem neu erfassten Messwert sofort eine genaue Frequenzbestimmung durchführbar. The method described comprises a sensor for detecting a measured variable derived from a rotation of a drive with an approximately periodic profile function, an evaluation device for determining a frequency or a period duration of the profile function and an assembly for controlled control of the drive. In this case, time-discrete measured values of the measured variable are fed to a computer unit, an algorithm being set up in the computer unit to carry out an autocorrelation of these measured values to determine the frequency or period duration. This means that an exact frequency determination can be carried out immediately with each newly recorded measured value.
[20] In einer verbesserten Vorrichtung ist ein weiterer Sensor zur Erfassung einer aus einer Rotation eines weiteren Antriebs abgeleiteten weiteren Messgröße angeordnet, wobei der Rechnereinheit zeitdiskrete Messwerte der weiteren Messgröße zugeführt sind und wobei in der Rechnereinheit ein Algorithmus zur Durchführung einer Kreuzkorrelation der Messwerte beider Messgrößen zur Bestimmung einer Phasenverschiebung eingerichtet ist. Damit ist eine einfache Anordnung zur Phasenstabilisierung angegeben. [20] In an improved device, a further sensor is arranged for detecting a further measured variable derived from a rotation of a further drive, the computer unit being supplied with time-discrete measured values of the further measured variable and an algorithm in the computer unit for performing a cross-correlation of the measured values of both measured variables is set up to determine a phase shift. This provides a simple arrangement for phase stabilization.
[21] Zur Realisierung der Vorrichtung mit wenigen und kompakten Komponenten ist es sinnvoll, wenn die Rechnereinheit ein Mikroprozessor ist. Dabei kommen optimierte Algorithmen und eine effiziente Implementierung des Signalverarbeitungspfades zur Anwendung, um die Rechenleistung an die Eigenschaften des Mikroprozessors samt begrenztem Arbeitsspeicher anzupassen. To implement the device with few and compact components, it makes sense if the computer unit is a microprocessor. Optimized algorithms and an efficient implementation of the signal processing path are used in order to adapt the computing power to the properties of the microprocessor, including the limited working memory.
[22] Vorteilhafterweise ist die Rechnereinheit mit einer The computer unit is advantageously with a
Kommunikationsschnittstelle in einer ersten Baugruppe angeordnet, wobei für den Antrieb eine eigene Baugruppe, welche eine Leistungselektronik, eine Reglereinheit und eine Kommunikationsschnittstelle umfasst, mit der ersten Baugruppe gekoppelt ist. Die getrennten Baugruppen ermöglichen eine einfache Skalierung der Vorrichtung. Auf diese Weise ist die Communication interface arranged in a first assembly, with a dedicated assembly for the drive, which includes power electronics, a controller unit and a communication interface with the first assembly is coupled. The separate assemblies allow the device to be easily scaled. That way is the
Rechnereinheit für Frequenz- bzw. Periodendauerbestimmung mehrerer Antriebe einsetzbar. Computer unit can be used for frequency or period duration determination of several drives.
[23] Zur effizienten Erfassung der Messgröße ist es von Vorteil, wenn der Sensor ein sensitives Element zur kapazitiven oder induktiven oder magnetischen Erfassung der Messgröße umfasst. Für die Montage des Sensors bestehen keine besonderen Anforderungen, weil weder Versatz noch der genaue Wert der Amplitude des Sensorsignals für die weitere Verarbeitung relevant sind. For efficient detection of the measured variable, it is advantageous if the sensor includes a sensitive element for capacitive, inductive or magnetic detection of the measured variable. There are no special requirements for mounting the sensor because neither the offset nor the exact value of the amplitude of the sensor signal are relevant for further processing.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
[24] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer [24] The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying figures. It show in schematic
Darstellung: Presentation:
Fig. 1 Gleisbaumaschine mit Stopfaggregat Fig. 1 track construction machine with tamping unit
Fig. 2 Gleisbaumaschine mit Stabilisationsaggregat Fig. 2 track construction machine with stabilization unit
Fig. 3 Stopfaggregat in einer Seitenansicht Fig. 3 tamping unit in a side view
Fig. 4 Querschnitt durch Gleis mit Stopfmaschine Fig. 4 Cross section through track with tamping machine
Fig. 5 Sensor mit Abstandsmessung Fig. 5 Sensor with distance measurement
Fig. 6 Sensor mit Feldstärkenmessung Fig. 6 Sensor with field strength measurement
Fig. 7 Messwerte Fig. 7 measured values
Fig. 8 Korrelationsfunktion Fig. 8 correlation function
Fig. 9 Bildung von Funktionstermen 9 Formation of function terms
Fig. 10 Systemdarstellung Fig. 10 system illustration
Fig. 11 Systemdarstellung mit Baugruppen 11 System illustration with assemblies
Fig. 12 Schema einer Signalverarbeitung 12 Scheme of signal processing
Beschreibung der Ausführungsformen Description of the embodiments
[25] Die in Fig. 1 dargestellte Gleisbaumaschine 1 ist eine Stopfmaschine und umfasst einen auf Schienenfahrwerken 2 verfahrbaren Maschinenrahmen 3. Am Maschinenrahmen 3 ist als Arbeitsaggregat 4 ein Stopfaggregat angeordnet. Die Stopfmaschine dient der Bearbeitung eines Gleises 5, bei dem auf Schwellen 6 befestigte Schienen 7 in einem Schotterbett 8 gelagert sind. Beim Stopfvorgang wird der aus Schwellen 6 und Schienen 7 gebildete Gleisrost mittels eines Hebe-/Richtaggregats 9 und eines Messsystems 10 in eine Solllage gehoben und gegebenenfalls seitlich verschoben. Zur Fixierung dieser Lage tauchen vibrierende Stopfwerkzeuge 11 des Arbeitsaggregats 4 in das Schotterbett 8 ein. Die eingetauchten Stopfwerkzeuge 11 werden zueinander beigestellt und verdichten dabei Schotter unterhalb der angehobenen Schwellen 6. The track construction machine 1 shown in FIG. 1 is a tamping machine and comprises a machine frame 3 that can be moved on rail bogies 2. A tamping unit is arranged on the machine frame 3 as a working unit 4. The tamping machine is used to process a track 5, on which rails 7 fastened to sleepers 6 are supported in a ballast bed 8 are. During the tamping process, the track grid formed from sleepers 6 and rails 7 is lifted into a desired position by means of a lifting / straightening unit 9 and a measuring system 10 and, if necessary, shifted laterally. To fix this position, vibrating tamping tools 11 of the working unit 4 are immersed in the ballast bed 8. The submerged tamping tools 11 are placed next to one another and in the process compact ballast below the raised sleepers 6.
[26] Zur Erzeugung der Vibration sind die Stopfwerkzeuge 11 mit einem To generate the vibration, the tamping tools 11 are equipped with a
Schwingungserzeuger 12 gekoppelt. Der Schwingungserzeuger 12 umfasst einen rotatorischen Antrieb 13, der eine Exzenterwelle 14 antreibt. An der Exzenterwelle 14 sind Beistellantriebe 15 gelagert. Bei rotierender Vibration generator 12 coupled. The vibration generator 12 comprises a rotary drive 13 which drives an eccentric shaft 14. Additional drives 15 are mounted on the eccentric shaft 14. When rotating
Exzenterwelle 14 erzeugt deren Exzentrizität die gewünschte Eccentric shaft 14 produces the desired eccentricity
Vibrationsamplitude. Vibration amplitude.
[27] Nach einem Stopfvorgang wird das Gleis 5 in der Regel stabilisiert, um After a tamping process, track 5 is usually stabilized to
Setzungen vorwegzunehmen. Dazu dient die in Fig. 2 dargestellte Anticipate subsidence. The one shown in FIG. 2 is used for this purpose
Gleisbaumaschine 1. Dabei handelt es sich um einen Dynamischen Track construction machine 1. This is a dynamic one
Gleisstabilisator (DGS) mit zwei Stabilisationsaggregaten als Track stabilizer (DGS) with two stabilization units as
Arbeitsaggregate 4. Jedes Stabilisationsaggregat umfasst einen Working units 4. Each stabilization unit comprises one
Schwingungserzeuger 12 mit rotierenden Unwuchten, die mittels eines rotatorischen Antriebs 13 angetrieben werden. Der aktive Vibration generator 12 with rotating imbalances, which are driven by means of a rotary drive 13. The active one
Schwingungserzeuger 12 versetzt das Stabilisationsaggregat quer zur Gleislängsrichtung in Schwingung. Dabei umklammert das Vibration generator 12 causes the stabilization unit to vibrate transversely to the longitudinal direction of the track. That clutches
Stabilisationsaggregat mit Rollzangen 16 die Schienen 7 des Gleises 5, wodurch sich die Schwingung auf den Gleisrost überträgt. Das bewirkt ein Einrütteln des Gleisrostes in das Schotterbett 8. Stabilization unit with roller tongs 16 the rails 7 of the track 5, whereby the vibration is transmitted to the track grid. This causes the track grid to vibrate into the ballast bed 8.
[28] Sowohl bei Stopfen als auch bei Stabilisieren sowie bei weiteren im Gleisbau verwendeten Schwingungserzeugern 12 soll die erzeugte Vibration verschiedenen Vorgaben entsprechen. Beispielsweise ist zur optimalen Schotterverdichtung eine Vibrationsfrequenz von 35 Hz vorgegeben. Für einen Eintauchvorgang der Stopfwerkzeuge 11 ist eine höhere Frequenz f von ca. 45 Hz erwünscht, um den Eintauchwiderstand herabzusenken. [28] Both in the case of tamping and stabilizing, as well as in other vibration generators 12 used in track construction, the vibration generated should correspond to various specifications. For example, a vibration frequency of 35 Hz is specified for optimal ballast compaction. For an immersion process of the tamping tools 11, a higher frequency f of approximately 45 Hz is desired in order to lower the immersion resistance.
Außerhalb des Schotterbettes 8 soll die Frequenz f niedriger sein, um die Lärmbelastung zu vermindern. [29] Weitere Anforderungen werden mit Bezug auf das Arbeitsaggregat 4 in den Figuren 3 und 4 erläutert. Das Arbeitsaggregat 4 umfasst vier Stopfeinheiten 17, die separat voneinander mittels eines Höhenverstellantriebs in das Schotterbett 8 absenkbar sind. Bei jeder Stopfeinheit 17 sind Outside the ballast bed 8, the frequency f should be lower in order to reduce the noise pollution. [29] Further requirements are explained with reference to the working unit 4 in FIGS. 3 and 4. The working unit 4 comprises four tamping units 17, which can be lowered into the ballast bed 8 separately from one another by means of a height adjustment drive. There are 17 for each stuffing unit
gegenüberliegende Stopfwerkzeuge 11 über Beistellantreibe 15 mit einem eigenen Schwingungserzeuger 12 gekoppelt. Über eine gemeinsame Opposite tamping tools 11 are coupled to their own vibration generator 12 via auxiliary drives 15. About a common
Steuerungseinrichtung 18 werden die Schwingungserzeuger 12 angesteuert. Für die erzeugten Vibrationen sind neben der Frequenz f untereinander Phasenverschiebungen f vorgegeben. Gewünscht ist in der Regel eine gegengleiche Synchronisation der Stopfeinheiten, um die auf den Control device 18, the vibration generators 12 are controlled. In addition to the frequency f, phase shifts f among one another are specified for the vibrations generated. As a rule, an opposite synchronization of the tamping units is desired in order to achieve the
Maschinenrahmen 3 rückwirkenden Vibrationen sowie die Lärmentwicklung zu minimieren. Machine frame 3 to minimize retroactive vibrations and noise generation.
[30] Für das Steuern/Regeln eines rotatorischen Antriebs 13 in einem [30] For controlling a rotary drive 13 in one
Schwingungserzeuger 12 ist es notwendig, laufend die Frequenzen f oder die Periodendauer T zu erfassen. Zudem bestehen im Gleisbau hohe It is necessary for the vibration generator 12 to continuously record the frequencies f or the period T. There are also high levels of track construction
Anforderungen an die Robustheit einer Sensoranordnung. Bekannt ist die Auswertung von Nulldurchgängen mit dem Nachteil, dass damit Requirements for the robustness of a sensor arrangement. The evaluation of zero crossings is known with the disadvantage that with it
Frequenzänderungen verzögert erkannt werden. Deshalb ist Frequency changes are detected with a delay. Therefore
erfindungsgemäß vorgesehen, die Frequenz f bzw. die Periodendauer T mittels Autokorrelation zu bestimmen. Basis dafür bildet eine Messgröße X, die einen annähernd periodischen Funktionsverlauf der erzeugten provided according to the invention to determine the frequency f or the period T by means of autocorrelation. The basis for this is a measured variable X, which has an approximately periodic function curve of the generated
Schwingung repräsentiert. Represents vibration.
[31] Dazu ist ein Sensor 19 angeordnet, der mit dem Schwingungserzeuger 12 magnetisch, induktiv oder kapazitiv gekoppelt ist. Beispielsweise umfasst der in Fig. 5 dargestellte Abstandssensor 19 ein sensitives Element, das über induktive Kopplung eine Distanz zu einer exzentrischen Mantelfläche einer Exzenterwelle 14 misst. Diese sich bei rotierender Exzenterwelle 14 ändernde Distanz ist die Messgröße X, deren annähernd periodischer Verlauf in weiterer Folge ausgewertet wird. For this purpose, a sensor 19 is arranged, which is coupled magnetically, inductively or capacitively to the vibration generator 12. For example, the distance sensor 19 shown in FIG. 5 comprises a sensitive element which measures a distance to an eccentric lateral surface of an eccentric shaft 14 via inductive coupling. This distance, which changes with the rotating eccentric shaft 14, is the measured variable X, the approximately periodic course of which is subsequently evaluated.
[32] Alternativ dazu ist in Fig. 6 eine magnetische Komponente 20 eines Alternatively, in FIG. 6, a magnetic component 20 is one
Schwingungserzeugers 12 angeordnet, die mittels des rotatorischen Antriebs 13 in Drehung versetzt wird. Dabei entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das mittels eines feststehenden Sensors 19 erfasst wird. Bei dieser Variante wird die sich während einer Umdrehung ändernde Feldstärke als Messgröße X erfasst und ausgewertet. Vibration generator 12 is arranged, which is set in rotation by means of the rotary drive 13. This creates a rotating magnetic field that is detected by means of a stationary sensor 19. With this variant the field strength, which changes during one revolution, is recorded and evaluated as measured variable X.
[33] Fig. 7 zeigt eine beispielhafte Verarbeitung der Messgröße X (bzw. Y für einen weiteren Schwingungserzeuger 12). Im oberen Diagramm ist ein Messgrößenverlauf über der Zeit t dargestellt. Dabei handelt es sich um eine annähernd periodische Verlaufsfunktion, wobei infolge von äußeren [33] FIG. 7 shows exemplary processing of the measured variable X (or Y for a further vibration generator 12). The upper diagram shows a measured variable curve over time t. This is an approximately periodic course function, whereby as a result of external
Einflüssen Störungen auftreten können. Ziel der folgenden Verfahrensschritte ist die Bestimmung der Periodendauer T bzw. der Frequenz f = 1/T. Für die Messgröße X werden im zweiten Diagramm Messwerte x, (bzw. y, für einen weiteren Schwingungserzeuger 12) erfasst, wobei der zeitliche Abstand zwischen den Messwerten x, durch eine Taktzeit vorgegeben ist. Dazu erfolgt entweder eine getaktete Abfrage des Sensors 19 oder es wird aus einem analogen Sensorsignal mittels eines Analog-Digital-Wandlers eine Influences disturbances can occur. The aim of the following process steps is to determine the period T or the frequency f = 1 / T. For the measured variable X, measured values x (or y, for a further oscillation generator 12) are recorded in the second diagram, the time interval between the measured values x being specified by a cycle time. For this purpose either a clocked interrogation of the sensor 19 takes place or an analog sensor signal is converted into a signal by means of an analog-digital converter
zeitdiskrete Reihe von Messwerten x, gebildet (Reihenwerte mit Index i). time-discrete series of measured values x, formed (series values with index i).
[34] Vorteilhafterweise werden mittels eines digitalen Filters fehlerhafte [34] Advantageously, faulty
Messwerte Xf erkannt und eliminiert. Zudem ist es sinnvoll, das Sensorsignal mittels eines IIR-Filters beispielsweise vierter Ordnung zu verbessern. Dabei entfernt ein Flochpass zweiter Ordnung Gleichanteile und ein Tiefpass zweiter Ordnung dämpft hochfrequente Störungen des Signals. Measured values X f recognized and eliminated. In addition, it makes sense to improve the sensor signal using an IIR filter, for example of the fourth order. A second-order floch pass removes DC components and a second-order low pass attenuates high-frequency interference in the signal.
[35] In einem nächsten Schritt erfolgt eine Interpolation des Messwerteverlaufs, um eine verbesserte Datenbasis zur Bildung der Autokorrelationsfunktion zu erhalten. Beispielsweise wird zwischen jedem erfassten Messwert x, ein zusätzlicher Wert interpoliert (3. Diagramm in Fig. 7). [35] In a next step, the measured value curve is interpolated in order to obtain an improved database for the formation of the autocorrelation function. For example, an additional value is interpolated between each recorded measured value x (3rd diagram in FIG. 7).
[36] Ein beispielhafter Verlauf der Funktionswerte y, der Autokorrelationsfunktion ist in Fig. 8 dargestellt. Die Werte y, der Autokorrelationsfunktion ergeben sich dabei wie folgt aus einer Summenbildung von [36] An exemplary course of the function values y, the autocorrelation function, is shown in FIG. The values y, the autocorrelation function result as follows from a summation of
Messwertprodukten xn xn-i:Measured value products x n x ni :
Für die vorliegende Erfindung ist es sinnvoll, wenn für jeden Funktionswert y, eine gleichbleibende Anzahl an Messwertprodukten summiert wird. For the present invention, it makes sense if a constant number of measured value products is added up for each function value y.
[37] Günstigerweise erfolgt mit jedem durch die Taktzeit vorgegebenen Takt eine Auswertung der Frequenz f bzw. der Periodendauer T durch Neuberechnung der Autokorrelationsfunktion Dabei wird bei einer aktuellen Berechnung eines Funktionswertes von der Summe der Messwertprodukte der vorangegangenen Berechnung das Messwertprodukt mit dem ältesten Messwert subtrahiert und ein neues Messwertprodukt mit dem aktuellen Messwert addiert wird: [37] Advantageously, with each cycle specified by the cycle time, an evaluation of the frequency f or the period duration T is carried out by recalculating the autocorrelation function Calculation of a function value from the sum of the measured value products of the previous calculation, the measured value product with the oldest measured value is subtracted and a new measured value product is added to the current measured value:
Die entsprechende Summenbildung ist in Fig. 9 veranschaulicht. Durch diese einfache iterative Vorgehensweise ist die fortlaufende Berechnung der Autokorrelationsfunktion mit begrenzter Rechenleistung nahezu in Echtzeit durchführbar. The corresponding summation is illustrated in FIG. 9. This simple iterative procedure enables the continuous calculation of the autocorrelation function can be carried out almost in real time with limited computing power.
[38] Aus dem im oberen Diagramm der Fig. 8 dargestellten Verlauf der [38] From the course of the shown in the upper diagram of FIG
Funktionswerte y, werden in einem Optimierungsschritt weitere Function values y become additional in an optimization step
Funktionswerte interpoliert. Das Ergebnis ist im unteren Diagramm Function values interpolated. The result is in the diagram below
ersichtlich. Da die zu ermittelnde Periodendauer T durch die Lage des ersten Maximums (außer bei null) bestimmt ist, wird sinnvollerweise nur in diesem Bereich eine Interpolation durchgeführt. Dieser zu erwartende Bereich ist durch die vorgegebenen Frequenzen im Gleisbau in der Regel bekannt. evident. Since the period T to be determined is determined by the position of the first maximum (except at zero), interpolation is only sensibly carried out in this area. This area to be expected is usually known from the given frequencies in track construction.
[39] Zur Durchführung der angegebenen Verfahrensschritte ist in einer [39] To carry out the specified process steps is in a
Auswerteeinrichtung 21 eine Rechnereinheit 22 angeordnet. Dabei sind in der Systemdarstellung in Fig. 10 der Rechnereinheit 22 die Messwerte x, mehrerer Schwingungserzeuger 12 eines angesteuerten Arbeitsaggregats 4 zugeführt. Ausgangsseitig werden die einzelnen Antriebe 13 des Evaluation device 21 a computer unit 22 is arranged. In the system illustration in FIG. 10, the computer unit 22 is supplied with the measured values x, from several vibration generators 12 of a controlled working unit 4. On the output side, the individual drives 13 of the
Arbeitsaggregats 4 über zugeordnete Leistungsstufen 23 angesteuert. Working unit 4 controlled via assigned power levels 23.
[40] Detaillierter ist dieser Systemaufbau in Fig. 11 dargestellt. Eine erste This system structure is shown in more detail in FIG. A first
Baugruppe 24 umfasst die Rechnereinheit 22, einen Analog-Digital-Konverter 25, eine Vorverarbeitungseinheit 26 und Kommunikationsschnittstellen 27. Messsignale der Sensoren 19 werden über die Vorverarbeitungseinheit 26 und den Analog-Digital-Konverter 25 für die Rechnereinheit 22 aufbereitet. Konkret werden zeitdiskrete Messwertreihen gebildet, die den jeweiligen periodischen Messwertverlauf repräsentieren. Assembly 24 comprises computer unit 22, an analog-digital converter 25, a preprocessing unit 26 and communication interfaces 27. Measurement signals from sensors 19 are processed for computer unit 22 via preprocessing unit 26 and analog-digital converter 25. Specifically, time-discrete series of measured values are formed which represent the respective periodic measured value curve.
[41] Über die Kommunikationsschnittstellen 27 ist die Rechnereinheit 22 mit einer Konfigurations- und Diagnoseeinheit 28 und einer Steuerung 29 für die Vorgabe allgemeiner Steuerungsbefehle gekoppelt. Für jeden Schwingungserzeuger 12 ist zudem eine eigene Baugruppe 30 vorgesehen, die über Kommunikationsschnittstellen 27 mit der Rechnereinheit 22 gekoppelt sind. Dabei umfasst jede dieser Baugruppen 30 eine Reglereinheit 31 und eine Leistungselektronik 32 zur Ansteuerung des zugeordneten Antriebs 13. [41] Via the communication interfaces 27, the computer unit 22 is coupled to a configuration and diagnostic unit 28 and a controller 29 for specifying general control commands. For each Vibration generator 12 is also provided with its own assembly 30, which is coupled to computer unit 22 via communication interfaces 27. Each of these assemblies 30 includes a controller unit 31 and power electronics 32 for controlling the assigned drive 13.
[42] Für vier gesteuerte/geregelte Schwingungserzeuger 12 eines [42] One for four controlled / regulated vibration generators 12
Arbeitsaggregates 4 ist eine beispielhafte Verarbeitung der Messsignale bzw. Messwerte x, in Fig. 12 dargestellt. Jedem Schwingungserzeuger 12 ist ein Sensors 19 zur Erzeugung eines periodischen Verlaufs für die Working unit 4 is an exemplary processing of the measurement signals or measurement values x, shown in FIG. 12. Each vibration generator 12 is a sensor 19 for generating a periodic curve for the
entsprechende Messgröße X zugeordnet. Daraus werden mit einer jeweiligen Filterung 33 und einer Abtastratenkonvertierung 34 Messwertreihen gebildet. corresponding measured variable X assigned. From this, 34 measured value series are formed with a respective filtering 33 and a sampling rate conversion.
[43] Für die Bestimmung der jeweiligen aktuellen Frequenz f wird aus den [43] To determine the respective current frequency f, the
Messwertreihen eines Schwingungserzeugers 12 fortlaufend die Series of measured values of a vibration generator 12 continuously the
Autokorrelationsfunktion Ycc(ΐ) gebildet. Mittels einer Extremwertbestimmung 35 erfolgt daraus eine Frequenzbestimmung 36. Autocorrelation function Y cc (ΐ) formed. A frequency determination 36 ensues therefrom by means of an extreme value determination 35.
[44] Für jeweils zwei Schwingungserzeuger 12 erfolgt parallel dazu drei Mal eine Bestimmung der zugeordneten Phasenverschiebung f. Dazu wird zunächst aus den beiden Messwertreihen eine Kreuzkorrelation gebildet. Mit den Messwerten x, des einen Schwingungserzeugers 12 und den Messwerten y, des anderen Schwingungserzeugers 12 ergibt sich folgende [44] For two oscillation generators 12 in each case, the assigned phase shift f is determined three times in parallel. To this end, a cross-correlation is first formed from the two series of measured values. With the measured values x, of the one vibration generator 12 and the measured values y, of the other vibration generator 12, the following results
Kreuzkorrelationsfunktion: Cross correlation function:
Aus dem jeweils fortlaufend gebildeten Verlauf der Kreuzkorrelationsfunktion Ycn(ΐ) erfolgt durch Extremwertbestimmung 35 die entsprechende From the course of the cross-correlation function Y cn (ΐ) that is continuously formed in each case, the corresponding extreme value determination 35 is used
Phasenverschiebungsbestimmung 37. Phase shift determination 37.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Steuern/Regeln eines rotatorischen Antriebs (13) eines 1. Method for controlling a rotary drive (13) a
Arbeitsaggregates (4) einer Gleisbaumaschine (1), wobei mittels eines Sensors (19) eine aus einer Rotation des Antriebs (13) abgeleitete Messgröße (X) mit einer annähernd periodischen Verlaufsfunktion erfasst wird, wobei mittels einer Working unit (4) of a track construction machine (1), with a sensor (19) being used to detect a measured variable (X) derived from a rotation of the drive (13) with an approximately periodic course function
Auswerteeinrichtung (21) eine Frequenz (f) oder Periodendauer (T) der Evaluation device (21) a frequency (f) or period (T) of the
Verlaufsfunktion bestimmt wird und wobei die Frequenz (f) oder Periodendauer (T) mit einer Sollgröße zur Vorgabe eines Stellsignals abgeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Messgröße (X) eine Reihe zeitdiskreter Messwerte (Xi) gebildet wird und dass mittels einer Rechnereinheit (22) eine Autokorrelation dieser Messwerte (c) zur Bestimmung der Frequenz (f) oder Periodendauer (T) durchgeführt wird. The course function is determined and the frequency (f) or period duration (T) is compared with a nominal value for specifying an actuating signal, characterized in that a series of time-discrete measured values (Xi) is formed for the measured variable (X) and that a computer unit ( 22) an autocorrelation of these measured values (c) is carried out to determine the frequency (f) or period duration (T).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines weiteren Sensors (19) eine aus einer Rotation eines weiteren Antriebs (13) abgeleitete weitere Messgröße (Y) mit einer annähernd periodischen 2. The method according to claim 1, characterized in that by means of a further sensor (19) a further measured variable (Y) derived from a rotation of a further drive (13) with an approximately periodic
Verlaufsfunktion erfasst wird, dass für die weitere Messgröße (Y) eine weitere Reihe zeitdiskreter Messwerte (y,) gebildet wird und dass mittels der Rechnereinheit (22) eine Kreuzkorrelation der Messwerte (x, y,) beider Messgrößen (X, Y) zur History function is recorded that a further series of time-discrete measured values (y,) is formed for the further measured variable (Y) and that a cross-correlation of the measured values (x, y,) of both measured variables (X, Y) by means of the computer unit (22)
Bestimmung einer Phasenverschiebung (f) durchgeführt wird. Determination of a phase shift (f) is carried out.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der zeitdiskreten Messwerte (c) eine Taktzeit vorgegeben wird und dass die Taktzeit eine Auswerteperiode bestimmt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a cycle time is specified to form the time-discrete measured values (c) and that the cycle time determines an evaluation period.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem neuen Messwert (x) eine iterative Berechnung von Funktionswerten (y,) einer Korrelationsfunktion durch Summenbildung einer gleichbleibenden Anzahl von Messwertprodukten erfolgt. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that with each new measured value (x) an iterative calculation of function values (y,) of a correlation function is carried out by adding a constant number of measured value products.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für eine aktuelle Berechnung eines Funktionswertes (y,) von der Summe der Messwertprodukte der vorangegangenen Berechnung das Messwertprodukt mit dem ältesten Messwert subtrahiert und ein neues Messwertprodukt mit dem aktuellen Messwert addiert wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that for a current calculation of a function value (y,) from the sum of Measured value products of the previous calculation, the measured value product with the oldest measured value is subtracted and a new measured value product is added to the current measured value.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Berechnung von Funktionswerten (y,) einer Korrelationsfunktion interpolierte Messwerte ermittelt werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that interpolated measured values are determined prior to a calculation of function values (y 1) of a correlation function.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte (x,) vor einer Berechnung von Funktionswerten (y,) einer Korrelationsfunktion gefiltert werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the measured values (x,) are filtered before a calculation of function values (y,) of a correlation function.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Bestimmung eines Maximums der Korrelationsfunktion interpolierte Funktionswerte (y,) ermittelt werden. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that interpolated function values (y 1) are determined before a maximum of the correlation function is determined.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße (X) ein Abstand eines sensitiven Elements des Sensors (19) zu einer mit dem Antrieb (13) angetriebenen Exzenterwelle (14) erfasst wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a distance between a sensitive element of the sensor (19) and an eccentric shaft (14) driven by the drive (13) is detected as the measured variable (X).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße (X) eine auf den Sensor (19) wirkende Feldstärke eines mit dem Antrieb (13) in Rotation versetzten Magnetfeldes erfasst wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a field strength acting on the sensor (19) of a magnetic field set in rotation with the drive (13) is detected as the measured variable (X).
11. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Sensor (19) zur Erfassung einer aus einer Rotation eines Antriebs (13) abgeleiteten Messgröße (X) mit annähernd periodischer Verlaufsfunktion, mit einer Auswerteeinrichtung (21) zur Bestimmung einer Frequenz (f) oder einer Periodendauer (T) der Verlaufsfunktion und mit einer Steuerungseinrichtung (18) zur geregelten Ansteuerung des Antriebs (13), dadurch gekennzeichnet, dass einer Rechnereinheit (22) zeitdiskrete Messwerte (x,) der Messgröße (X) zugeführt sind und dass in der Rechnereinheit (22) ein Algorithmus zur Durchführung einer Autokorrelation dieser Messwerte (x,) zur Bestimmung der Frequenz (f) oder 11. Device for performing a method according to one of claims 1 to 10, with a sensor (19) for detecting a measured variable (X) derived from a rotation of a drive (13) with an approximately periodic profile function, with an evaluation device (21) for determination a frequency (f) or a period duration (T) of the curve function and with a control device (18) for controlled control of the drive (13), characterized in that time-discrete measured values (x,) of the measured variable (X) are fed to a computer unit (22) are and that in the computer unit (22) an algorithm for performing a Autocorrelation of these measured values (x,) to determine the frequency (f) or
Periodendauer (T) eingerichtet ist. Period duration (T) is set up.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Sensor (19) zur Erfassung einer aus einer Rotation eines weiteren Antriebs (13) abgeleiteten weiteren Messgröße (Y) angeordnet ist, dass der Rechnereinheit (22) zeitdiskrete Messwerte (y,) der weiteren Messgröße (Y) zugeführt sind und dass in der Rechnereinheit (22) ein Algorithmus zur Durchführung einer Kreuzkorrelation der Messwerte (x,, y,) beider Messgrößen zur Bestimmung einer Phasenverschiebung (f) eingerichtet ist. 12. The device according to claim 1 1, characterized in that a further sensor (19) is arranged for detecting a further measured variable (Y) derived from a rotation of a further drive (13), that the computer unit (22) discrete-time measured values (y, ) are supplied to the further measured variable (Y) and that an algorithm for performing a cross-correlation of the measured values (x, y,) of both measured variables to determine a phase shift (f) is set up in the computer unit (22).
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (22) ein Mikroprozessor ist. 13. The apparatus of claim 1 1 or 12, characterized in that the computer unit (22) is a microprocessor.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (22) mit einer Kommunikationsschnittstelle (27) in einer ersten Baugruppe (24) angeordnet ist und dass für den Antrieb (13) eine eigene Baugruppe (30), welche eine Leistungselektronik (32), eine Reglereinheit (31 ) und eine Kommunikationsschnittstelle (27) umfasst, mit der ersten Baugruppe (24) gekoppelt ist. 14. Device according to one of claims 1 1 to 13, characterized in that the computer unit (22) with a communication interface (27) is arranged in a first assembly (24) and that a separate assembly (30) for the drive (13) which comprises power electronics (32), a control unit (31) and a communication interface (27), is coupled to the first assembly (24).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (19) ein sensitives Element zur kapazitiven oder induktiven oder magnetischen Erfassung der Messgröße (X) umfasst. 15. Device according to one of claims 1 1 to 14, characterized in that the sensor (19) comprises a sensitive element for capacitive or inductive or magnetic detection of the measured variable (X).
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